20. januar 2024
(Žarišče Nanowerk) Elektronske naprave, zapleteno nameščene na človeško kožo, že dolgo navdušujejo znanstveno domišljijo in navdušujejo strokovnjake z obljubami brezhibnega zlitja človeka in stroja. Takšno vezje za objemanje kože bi lahko odklenilo medicinske senzorje brez primere ostrine ali bionične okončine, povezane z živčnim sistemom. Toda kljub desetletjem marljivega raziskovanja so neustrezni materiali ovirali napredek k temu vizionarskemu cilju.
Zdaj skupina kitajskih znanstvenikov za materiale poroča o preboju pri izdelavi tankih filmov, ki so idealni za montažo fleksibilne elektronike. Objavljanje v Napredni materiali ("Aramidni nanodielektriki za ultrakonformne prosojne elektronske prevleke"), raziskovalci z Univerze Nankai podrobno opisujejo svoje prilagojene "aramidne nanodielektrične" polimerne plasti - imenovane AND -, ki edinstveno združujejo debelino nanometrskega merila in prožnost, podobno krilom, s trdno odpornostjo na toplotne in kemične obremenitve, ki bi uničile bolj krhke filme.
Z debelino samo 100 nanometrov – večtisočkrat tanjši od človeškega lasu – filmi AND združujejo visoko trdnost z enostavnim oprijemom na kožo. So tudi prozorni, zračni in prenesejo temperature nad 300 °C.
Predstavitev ultrakonformabilne elektronike, ki temelji na AND. a) Hierarhična struktura aramidnih vlaken. b) Shematske ilustracije izdelave in postopka samorazslojevanja naprav. c) Fotografija naprav na AND, izdelanih na 3-palčni silicijevi rezini. d) Fotografija, ki prikazuje postopek samoodslojevanja AND-jev. e,f) Fotografije ultrakonformne elektronike, ki temelji na AND, prenesene na e) človeško kožo in f) list. (Ponatisnjeno z dovoljenjem Wiley-VCH Verlag)
"Za nastajajoče aplikacije, kot je bioelektronika, konformen stik z lokalno površino omogoča natančno pridobivanje signala in udobje," pojasnjuje višji avtor dr. Jian Zhu, znanstvenik za materiale na univerzi Nankai. "Naši AND filmi lahko omogočijo koži podobni elektroniki, da se intimno prilagodi zapleteni topološki teksturi človeške kože."
Vizija elektronike, ki se neopazno zlije s človeško fiziologijo, že desetletja spodbuja goreče raziskave. Poimenovan tudi 'epidermalna elektronika« je koncept postal priljubljen leta 2011, ko je biomedicinski inženir John Rogers z Univerze v Illinoisu predstavil naprave za »epidermalno začasno prenosno tetovažo«, ki se prilepijo neposredno na kožo ter zaznavajo gibanje in srčni utrip. Toda takšni zgodnji modeli so se soočili z omejitvami, kot je možno draženje kože med dolgotrajno uporabo.
Ključni izziv je bil oblikovati ustrezno tanke, a trpežne materiale, ki lahko podpirajo elektronske komponente, medtem ko se neopazno upogibajo na koži. Elastomeri zagotavljajo raztegljivost, vendar minimalno zračnost. Polimerni filmi, kot je parilen, so odlični kot izolatorji, vendar se izkažejo za okorne za rokovanje na nanometru. Druge možnosti, kot je poliimid, zahtevajo zapleteno kemično obdelavo z uporabo nestabilnih žrtvovanih plasti.
Raziskovalci Nankai so sledili nekonvencionalnemu pristopu in izpeljali svoj nanodielektrik iz aramidnega polimera, istega odpornega materiala, ki se uporablja v neprebojnih jopičih iz kevlarja. Filme imenujejo IN.
»Naš aramidni nanodielektrik veliko obeta kot dielektrik za prihodnjo kožno elektroniko,« pravi Zhu.
Ekipa lušči aramid v nanovlakna, široka le 10 nanometrov, in jih z vrtenjem nanese v filme prilagojene debeline. Izjemno močna medmolekularna vez v polimernih verigah poveča oprijem in toplotno odpornost, medtem ko plasti ostanejo tanke kot rezine. AND so lahko tudi prozorni in prepustni za vodno paro, zaradi česar so idealni substrati za transdermalne biosenzorne obliže.
"AND folije so mehansko močne, vendar skladne, gladke in prozorne," pravi Zhu. "Prav tako so kemično inertni, termično stabilni do 300 –C in se samosnemljivo odstranijo iz obdelovalnih substratov brez topil za jedkanje."
Da bi dokazali sposobnost preživetja v resničnem svetu, so raziskovalci izdelali dve zelo različni napravi z uporabo IN filmov. Ena so elektrode, odporne na znoj, za natančno spremljanje elektrofizioloških signalov, kot sta elektromiografija in elektrokardiografija. Drugi je prilagodljiv tranzistorski mikroprocesorji z učinkom polja dovolj tanek, da se ovije okoli človeških las brez izgube učinkovitosti.
Na kožo nameščene srebrne nanožične elektrode s filmi AND so uspešno zabeležile mišično in srčno aktivnost, tudi ko so se preiskovanci močno potili ali tuširali. Običajne gel elektrode so odpovedale v takih pogojih, saj znoj poslabša prevodnost. Raziskovalci pripisujejo vrhunsko učinkovitost IN zračnosti, ki preprečuje nabiranje potu pod detektorji. Kvantitativne meritve so pokazale, da imajo 100 nm AND filmi hitrost prepustnosti vodne pare, ki presega 90 % izpostavljenosti na prostem.
Medtem so tranzistorji z učinkom polja, ki objemajo lase, s filmi AND, ki hkrati služijo kot dielektrik vrat in substrat, pokazali odlične elektronske lastnosti, kot je nizkonapetostno delovanje do samo 4 V, gibljivost 40 cm2/Vs in razmerja vklop/izklop, ki presegajo 100,000. Prenesli so tudi ekstremno upogibanje do obsega, manjšega od človeškega lasu, brez očitne škode ali zmanjšanja učinkovitosti.
"Ultrafleksibilni tranzistorji lahko pravilno delujejo, ko so oviti okoli človeških las brez kakršnega koli poslabšanja delovanja," ugotavlja Zhu.
Zhu trdi, da se večina obstoječe kožne elektronike zanaša na nestandardne tehnike nanofabrikacije, ki so preveč prilagojene za obsežno proizvodnjo, ki je bistvenega pomena za splošno uporabo v medicini. Toda sposobnost IN filmov za običajne litografske poteke dela premaga to oviro.
»Naš pristop v obsegu rezin omogoča množično proizvodnjo in integracijo s sodobnimi metodami izdelave elektronike,« pojasnjuje.
Čeprav čaka še več dela, preden pacienti izkoristijo napredek, ki ga obljublja prilagodljiva elektronika, Zhu oddaja ton umirjenega optimizma.
"Predvidevamo, da bodo aramidni nanodielektriki preoblikovali naslednjo generacijo miniaturiziranih medicinskih pripomočkov in bionike," pravi. »Če bi to tehnologijo prenesli s področja znanstvene fantastike v klinično resničnost, bi to lahko močno vplivalo na zdravje ljudi.
– Michael je avtor treh knjig Royal Society of Chemistry:
Nano-družba: potiskanje meja tehnologije,
Nanotehnologija: Prihodnost je drobnain
Nanoinženiring: Spretnosti in orodja, zaradi katerih je tehnologija nevidna
Copyright ©
Nanowerk LLC
Postanite avtor Spotlight gosta! Pridružite se naši veliki in rastoči skupini gostujoči sodelavci. Ste pravkar objavili znanstveni članek ali imate kakšen zanimiv razvoj, ki bi ga delili z nanotehnološko skupnostjo? Tukaj je opis, kako objaviti na nanowerk.com.
- Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
- PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
- PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
- vir: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64467.php
- :ima
- : je
- $GOR
- 000
- 10
- 100
- 11
- 20
- 2011
- 300
- 31
- 32
- 40
- 7
- 8
- a
- pridobitev
- dejavnost
- prilagodijo
- ustrezno
- privrženost
- Sprejetje
- napredek
- AIR
- omogoča
- Prav tako
- an
- in
- kaj
- očitno
- aplikacije
- pristop
- ognjeno
- SE
- okoli
- AS
- At
- Avtor
- zavest
- b
- temeljijo
- BE
- bilo
- pred
- koristi
- Berger
- po naročilu
- biomedicina
- prazno
- knjige
- Meje
- preboj
- zgrajena
- neprebojno
- vendar
- by
- CAN
- center
- verige
- izziv
- kemijske
- kemija
- kitajski
- klinični
- združujejo
- udobje
- skupnost
- kompleksna
- skladno
- deli
- Koncept
- Pogoji
- prevodnost
- kontakt
- konvencionalne
- bi
- Jedro
- okoren
- škoda
- Datum
- desetletja
- Zavrni
- izkazati
- modeli
- Kljub
- Podatki
- razvoju
- naprave
- drugačen
- neposredno
- navzdol
- dr
- poimenovan
- med
- e
- Zgodnje
- lahka
- učinek
- Electronic
- Elektronika
- smirkovim
- omogočajo
- omogoča
- inženir
- Izboljša
- dovolj
- bistvena
- Tudi
- Excel
- odlično
- zanimivo
- obstoječih
- Pojasni
- Izpostavljenost
- ekstremna
- izdelovanje
- soočen
- ni uspelo
- vlakna
- Fiction
- Polje
- filmi
- prilagodljivost
- prilagodljiv
- za
- predvideti
- iz
- gorivo
- funkcija
- zlivanje
- fuzija
- Prihodnost
- vrata
- generacija
- gif
- Cilj
- veliko
- skupina
- Pridelovanje
- Gost
- Hair
- ročaj
- Imajo
- he
- Zdravje
- Srce
- hierarhično
- visoka
- drži
- Kako
- Kako
- HTTPS
- človeškega
- idealen
- Illinois
- slika
- domišljija
- vpliv
- in
- integracija
- intimno
- v
- zapleten
- John
- pridružite
- jpg
- samo
- vzdrževanje
- velika
- obsežne
- plasti
- kot
- omejitve
- lokalna
- logo
- Long
- dolgoročna
- off
- stroj
- Mainstream
- Izdelava
- moški
- proizvodnja
- Masa
- Material
- materiali
- Medtem
- meritve
- medicinski
- medicinske naprave
- Metode
- Michael
- Bližnji
- minimalna
- sodobna
- spremljanje
- več
- Najbolj
- motion
- mišice
- Ime
- nanotehnologija
- Novo
- Naslednja
- Opombe
- zdaj
- ovira
- of
- on
- ONE
- odprite
- Delovanje
- Optimizem
- možnosti
- or
- Ostalo
- naši
- Papir
- Obliži
- bolniki
- performance
- Dovoljenje
- fotografije
- PHP
- platon
- Platonova podatkovna inteligenca
- PlatoData
- polimer
- Popular
- potencial
- Precision
- preprečevanje
- Postopek
- obravnavati
- proizvodnja
- globoko
- Napredek
- Obljuba
- obljubil
- Obljublja
- obetaven
- pravilno
- Lastnosti
- Protetika
- Dokaži
- zagotavljajo
- objavijo
- objavljeno
- Založnik
- Založništvo
- Potiskanje
- količinsko
- Oceniti
- resnični svet
- Reality
- kraljestvo
- Zabeležena
- zanašajo
- ostanki
- poročilo
- zahteva
- Raziskave
- raziskovalci
- Odpornost
- Rogers
- royal
- uniči
- Enako
- pravi
- Znanost
- Znanstvena fantastika
- znanstveno
- Znanstvenik
- Znanstveniki
- brezšivne
- brez težav
- višji
- senzorji
- služijo
- Delite s prijatelji, znanci, družino in partnerji :-)
- je pokazala,
- Prikaz
- Signal
- signali
- Silicij
- Silver
- hkrati
- spretnosti
- Skin
- manj
- nemoteno
- Društvo
- strokovnjaki
- Spin
- Spotlight
- stabilna
- Držijo
- moč
- Stavke
- močna
- Struktura
- Uspešno
- taka
- superior
- podpora
- Površina
- POT
- sistem
- prilagojene
- mamljivo
- skupina
- tehnike
- Tehnologija
- začasna
- Izraz
- Test
- kot
- da
- O
- Prihodnost
- njihove
- Njih
- toplotna
- jih
- ta
- čeprav?
- tisoče
- 3
- krat
- do
- TONE
- tudi
- orodja
- proti
- transdermalno
- prenos
- prenese
- preoblikovanje
- pregleden
- dva
- nekonvencionalen
- pod
- edinstveno
- univerza
- odklepanje
- brez primere
- predstavil
- posodobitve
- URL
- uporaba
- Rabljeni
- uporabo
- zelo
- sposobnost preživetja
- Vizija
- vizionar
- Voda
- kdaj
- ki
- medtem
- široka
- z
- v
- brez
- delo
- delovnih tokov
- bi
- zaviti
- Zavito
- še
- jo
- Vaša rutina za
- zefirnet